Si corte todos los granos de arena de una playa en una esfera perfecta, ¿actuará como un líquido? ¿Se ondularía la arena? ¿Sería capaz de sumergirme en un charco de arena esférica?

Answer 1

Gran pregunta Y con eso, me gustaría darle la bienvenida al maravilloso mundo de la física granular.

Si tiene un conjunto de “gránulos” desorganizados, ya sea arena, canicas, granos de arroz o lo que sea, verá que a veces puede actuar como un sólido (puedo caminar sobre la arena) y como un líquido ( se puede verter arena de un camión). A veces esto es genial, es bueno poder verter azúcar en mi café en lugar de tener que cortar un trozo.

Y a veces esto es desastroso. Los terremotos pueden causar “licuefacción del suelo”.

(Imagen tomada del mapa interactivo de EQC – del terremoto de Christchurch de 2011).

o, alternativamente, en los silos de grano donde queremos que fluya nuestro material, de repente, las cosas se atascarán (lo que generalmente se conoce como arcos o puentes); una situación inmensamente peligrosa que puede hacer que las paredes del silo se rompan.

(Imagen de http://azul.inti.gov.ar/cirsoc/p…. Las paredes del silo se doblan hacia adentro debido al vacío que queda en el vacío debajo del material atascado).

¿Que está sucediendo aquí? Bueno, la parte importante de la física involucrada se llama la transición de Jamming: si las partículas no se agrupan demasiado, pueden fluir. Sin embargo, una vez que los empaques lo suficientemente apretados (de modo que básicamente cada partícula se mantiene en su lugar entre sí), tienes algo sólido. El video a continuación muestra esto en uso como una mano robótica: al aplicar un vacío al saco que sostiene la arena, el saco se tensa repentinamente y puede aferrarse a todo tipo de cosas.

Esta transición es muy distinta, muy parecida a la transición del agua al hielo (y, de hecho, la transición de interferencia se comporta como otra transición de fase desde un punto de vista de la física).

Entonces, ¿cómo licuar la arena? Bueno, necesitas algo para separar los gránulos, ya sea que el agua o el aire sean empujados o sacudidos lo suficiente para que las cosas reboten, permitiendo el flujo.

En cuanto a la cuestión de suavizar la arena en esferas, ya que la transición a la licuefacción requiere que las piezas de arena se desbloqueen entre sí, tener partículas suaves y agradables (en lugar de partículas ásperas) hace que sea más fácil sacudirlas o separar los gránulos. Sin embargo, esto no conduce inmediatamente a un estado fluido; incluso con esferas perfectamente lisas, generalmente mantendrá todas las partículas unidas (cada contacto al menos un promedio de otras 6 partículas, que cubre el movimiento de las 3 dimensiones del movimiento) solo por cualquier otra partícula que se interponga en su camino.

Además, para que no empieces a pensar en construir un baño gigante de arena suave y ponerlo en una cama con sacudidas para que puedas nadar, ten en cuenta que el atrapamiento de granos es una buena manera de matarte. Sólo algunos consejos útiles 😉

Answer 2

Como sucede, algo así sucede en la naturaleza. Donde la arena se expone en grandes desiertos a fuertes vientos, existe una acción de pulido constante que produce naturalmente granos redondos de arena. De hecho, esto sucede a tal grado que la mayoría de la arena en desiertos como el Sahara tiene granos que son demasiado suaves y redondeados para ser utilizados en la mezcla de concreto, lo que conduce a la agradable ironía de que muchas ciudades modernas del desierto están rodeadas por Arena que no se puede utilizar en su construcción. La llamada arena afilada tiene que ser desenterrada o dragada de depósitos que no se han resistido continuamente de la misma manera. Dicha arena es un recurso valioso y más limitado de lo que podríamos suponer.

Si bien esa arena desértica erosionada fluye más fácilmente que su contraparte no meteorizada (piense en esas enormes dunas gigantes en movimiento en el Sahara), y es excepcionalmente difícil caminar (o escalar), no actúa totalmente como un líquido . Hay suficiente fricción para que las pilas sean estables, y el tamaño de las partículas, y la forma en que interactúan, no es exactamente como lo hacen las moléculas de un líquido. Además, la forma en que el calor afecta el comportamiento de las moléculas individuales y contribuye a la fluidez del conjunto no es la misma que en los granos de arena, que son varios órdenes de magnitud más grandes.

Nótese bien. El punto sobre el calor puede ser diferente en algunos líquidos criogénicos, como el helio líquido.

Answer 3

5.19.2016 – “Si corto todos los granos de arena de una playa en una esfera perfecta, ¿actuará como un líquido?

• El factor principal en la pregunta es la fricción. No voy a hacer un análisis cuantitativo, pero supongo que si la arena tiene su fricción habitual, no actuará como un líquido.
• Pero si por esfera “perfecta” quiere decir que ni siquiera hay crestas o enlaces atómicos, no habría fricción y la arena se comportaría como un líquido (explicación más abajo en el párrafo sin una bala).
• ¿Se sentiría como un líquido? Probablemente, si las esferas eran lo suficientemente pequeñas como para sentir una presión uniforme en lugar de pequeños puntos de presión.
• Sin embargo, sería interesante. La densidad del agua es de aproximadamente 62 libras por pie cúbico. La densidad del grano fino es de aproximadamente 125 libras por pie cúbico, aproximadamente el doble de la densidad del agua. Un ser humano flotaría bastante bien en la arena (esto suponiendo que la fricción sea lo suficientemente pequeña).
• ¿Podrías nadar? Voy a adivinar un poco aquí. La propulsión al nadar se debe en parte a la fricción y en parte al arrastre del fluido como efecto de no fricción (Hidrodinámica ‘302’; tenga en cuenta que, aunque parezca paradójico, esto es una consecuencia precisa de las ecuaciones de Euler para un fluido sin fricción). Así que incluso si no hubiera fricción uno podría nadar. Y tal vez bastante bien porque habría menos arrastre.

Por qué la fricción no debería ser cero. Imagina una escalera apoyada contra una pared. La fricción evita que se deslice. Pero si la escalera está demasiado lejos de la vertical o si el suelo es demasiado liso, la escalera se deslizará. La fricción con el suelo no tiene que ser cero sino lo suficientemente pequeña. La situación con las esferas de arena es la misma en principio (pero la geometría es más compleja). Con una fricción suficientemente pequeña pero no nula y con granos lo suficientemente pequeños, la arena se comportará como un líquido viscoso. De hecho, voy a adivinar que los granos no tienen que ser esferas siempre que la fricción sea lo suficientemente pequeña (vea la respuesta de Jess H. Brewer). Para cada distribución de forma, habría un valor crítico de fricción por debajo del cual se establecería el comportamiento del fluido. Muy por encima de este valor, la fricción dominaría la flotabilidad; muy por debajo de ella la flotabilidad dominaría la fricción.

Añadido el 5.28.2016. Probablemente sea difícil anticipar todas las formas en que se comporta un líquido real. Hay viscosidad y sus mecanismos incluyen fuerzas intermoleculares y transferencia de momento; hay tensión superficial que tiene algo que ver con la sensación de un líquido; hay un doble efecto de enfriamiento para algunos fluidos, por ejemplo, agua y alcohol, de (i) (mucho) mayor capacidad de calor que el aire y (ii) enfriamiento por evaporación.

Answer 4

¡Vamos ahora!

¿No has saltado alguna vez en la piscina de bolas en McDonalds?

Esta es la piscina de bolas más grande del mundo, está en un hotel en China.

Ahora imagina que las bolas son lo suficientemente pequeñas para subir por la nariz y hacia tus oídos.

Incluso si pudiera obtener suficiente aire o agua a través de las bolas de arena para alcanzar una liquidez crítica, una vez que saltara no podría respirar ni moverse. Probablemente te asfixiarías si fuera lo suficientemente profundo.

¡Sería una mierda!

Answer 5

Estoy de acuerdo, es una buena pregunta!

Probablemente no se comporte como un verdadero líquido, cuyo ángulo de reposo es cero, pero puede acercarse bastante si se lubrica adecuadamente. El agua a veces hará el truco, especialmente si se “mueve” a la frecuencia correcta, como en algunos terremotos, vea Licuefacción del suelo. Personalmente, he experimentado Quicksand mientras caminaba por una playa en un lago en Florida; No era como en las películas, no me hundí lentamente; en un momento estuve de pie sobre lo que parecía arena sólida, y al momento siguiente subí a mis muslos; Afortunadamente mis pies luego golpean la arcilla.

Se supone que el efecto se mejoraría en la arena hecha de esferas uniformes, pero creo que la lubricación es más importante.

Answer 6

Qué pregunta tan interesante.

Bueno, arena o fina, granulada sal / azúcar no son líquidos. Un fluido es algo que se deforma continuamente a medida que lo “empuja” (el término técnico es “aplicar esfuerzo de corte”). Por ejemplo, puede verter un vaso de agua en un piso plano, y si no está limitado por la tensión superficial y las fuerzas de adhesión, se deformará continuamente hasta que sea muy, muy plano.

Por otro lado, si viertes un vaso de sal en el suelo, se deformará un poco y luego descansará en un montón.

Incluso si puliste cada grano de arena en la playa hasta que fuera una esfera no friable (“no rompible”), estas esferas aún estarán unidas por una fuerza llamada “Fuerza de van der Waal”. Sus orígenes son un poco difíciles de explicar, pero Wikipedia hace un buen trabajo. En cualquier caso, esto evitará que las esferas se deformen continuamente y no se comportarán como un líquido.

De hecho, tengo una prueba de cubeta: si llena una cubeta por completo y mete la mano en ella, ¿puede tocar la parte inferior (sin mover la mano)? Si es así, es un fluido. Si no, no. (Supongamos que tiene la resistencia dérmica de Superman)

Answer 7

Sí, y luego otra vez, no.

Las partículas sólidas finas tienen un comportamiento peculiar que de alguna manera se asemeja al de un fluido: pueden verterse, bombearse y pulverizarse, dejan que un objeto se hunda, etc., siempre que se mantengan en movimiento por un flujo de gas o líquido (o, como en la muy detallada respuesta de Pablo, por un fuerte batido!).

Este es el principio del llamado lecho fluidizado, un tema muy importante de la ingeniería química.

Una forma esférica perfecta no es tan importante; más importante es el tamaño de los gránulos, que deben caer en un rango algo estrecho alrededor del óptimo, que a su vez depende de la densidad aparente de la partícula, la sección transversal del recipiente, la velocidad y la densidad del flujo de fluidificación, y así.

El tema es un poco complejo para resumir aquí, pero hay mucho en línea si desea continuar con el tema, solo busque “cama fluidizada”.

Answer 8

sí lo es y otra vez no !!!!!!!!!!!!

Veamos algunas propiedades primero ………

viscosidad: de la misma manera que las capas de fluidos se oponen al movimiento relativo entre sus capas, las partículas de arena también se oponen al movimiento relativo entre sus capas (aunque lo llamamos fricción).

capilaridad: difícil de imaginar! pero mi sentido común dice que podría no aparecer en el caso de partículas de arena.

Una de las definiciones estándar de fluidos es la incapacidad de soportar el esfuerzo cortante (se deforman continuamente con la aplicación del esfuerzo cortante). Esto es cierto también en este caso, las partículas de arena de tamaño muy fino también se deforman continuamente al aplicar el esfuerzo cortante.

y la segunda parte de tu pregunta, puedes sumergirte.

podemos observar que cuando caminamos sobre la arena, nuestras piernas pueden penetrar profundamente, lo que no es un caso en un terreno normal, por lo que si corta partículas de arena a un tamaño muy fino, puede sumergirse.

por lo tanto, las partículas de arena de tamaño muy fino pueden comportarse como un fluido en algunos aspectos, pero no pueden tratarse como un fluido completo.

Answer 9

algo cercano a esto existe realmente en la naturaleza. Se llama arena oolítica. Se comporta principalmente como arena regular, excepto que no es “áspera” cuando la sostienes. Es bastante abundante en el desierto del oeste de Utah.

¡La respuesta de Paul Anzel es la bomba!

Answer 10

No Aún conservará las propiedades de la arena, aunque a una densidad más baja o más alta. No hay un elemento dipolar para lijar como un líquido, por lo que no se atrae como el agua. Básicamente las propiedades químicas no serán las mismas.

Answer 11

La arena no necesita ser un cubo perfecto para actuar un poco como un líquido, pero sí necesita ser lubricada. La forma más “limpia” de lubricar la arena es hacer una reverencia con aire. La arena actúa como un líquido, excepto por el hecho de que hay una tensión superficial nula.

Answer 12

¿Puedes sumergirte en una piscina de canicas? Aunque pequeños, los granos de arena son todavía sólidos y sólidos de orden de magnitud más grande que los átomos o moléculas que forman líquidos. La arena se comportaría como la arena. Probablemente sería una arena muy suave, pero no obstante sería arena.